中國DNA存儲算法新突破，讓敦煌壁畫再“活”兩萬年

前幾天我們報道過硬盤巨頭希捷開始進軍DNA存儲，其容量可達SSD硬盤的100萬倍，現中國科研人員也同樣在研究DNA存儲，天津大學的團隊已經成功將10幅敦煌壁畫保存在DNA中，保存時間長達2萬年。

據天津大學官網報道。中國科學院院士、天津大學元英進教授帶領團隊研發下一代存儲技術——DNA存儲，創新DNA存儲算法，將十幅精選敦煌壁畫存入DNA中，通過加速老化實驗驗證壁畫信息在實驗室常溫下可保存千年，在9.4℃下可保存兩萬年。

該算法支持DNA分子成為世界上最可靠的數據存儲介質之一，可以讓面臨老化破損危機的人類文化遺產信息保存千年萬年。

該成果近日發表于《自然·通訊》上。

元英進院士表示，“據國際數據公司估計，到2025年全球數據總量將達到驚人的175ZB（1ZB≈10的21次方字節）。

全世界都在建數據中心，數據中心的能耗是驚人的。DNA存儲由于其高存儲密度與低能耗處理等特點，被視為一種極具潛力的存儲技術，成為應對數據存儲增長挑戰的新機遇。”

DNA存儲高效低耗，但作為一種鏈式生物大分子，在體外常溫保存時會面臨DNA斷裂降解等風險，嚴重影響信息存儲的長期可靠性，是亟待解決的關鍵科學問題。

對此，元英進團隊設計了基于德布萊英圖理論的序列重建算法來解決DNA斷裂等問題。該算法結合貪婪路徑搜索和循環冗余校驗碼來實現斷裂DNA片段的高效從頭組裝，從原理上支持了DNA存儲的長期可靠性。

結合該序列重建算法（內碼）與噴泉碼算法（外碼），團隊設計編碼了6.8MB敦煌壁畫，合成了承載圖片信息的DNA片段21萬條。

為數據的長期可靠性，團隊制備了一個沒有任何特殊保護的DNA水溶液樣本，并在70℃下加速樣本斷裂、降解長達十周。

處理后的DNA片段80%以上都發生了斷裂錯誤，依靠設計的序列重建算法依然可以準確組裝并解碼96.4%以上的片段，再通過噴泉碼解決少量片段丟失的問題，原始的敦煌壁畫圖片依然能夠完美恢復。

根據理論推算，這種程度的高溫破壞相當于實驗室常溫25℃一千年或者9.4℃長達兩萬年的自然保存。

這是繼基于人工合成染色體的酵母體內信息存儲模式取得突破后，天津大學合成生物學團隊在DNA信息體外存儲模式上取得的又一重要突破。